lib/Transforms/Scalar/GVN.cpp

   1 //===- GVN.cpp - Eliminate redundant values and loads ------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This pass performs global value numbering to eliminate fully redundant
  11 // instructions.  It also performs simple dead load elimination.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #define DEBUG_TYPE "gvn"
  16
  17 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  18 #include "llvm/BasicBlock.h"
  19 #include "llvm/Constants.h"
  20 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  21 #include "llvm/Function.h"
  22 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  23 #include "llvm/Instructions.h"
  24 #include "llvm/Value.h"
  25 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
  26 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  27 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
  28 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
  29 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  30 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  31 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  32 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  33 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
  34 #include "llvm/Support/CFG.h"
  35 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  36 using namespace llvm;
  37
  38 //===----------------------------------------------------------------------===//
  39 //                         ValueTable Class
  40 //===----------------------------------------------------------------------===//
  41
  42 /// This class holds the mapping between values and value numbers.  It is used
  43 /// as an efficient mechanism to determine the expression-wise equivalence of
  44 /// two values.
  45 namespace {
  46   struct VISIBILITY_HIDDEN Expression {
  47     enum ExpressionOpcode { ADD, SUB, MUL, UDIV, SDIV, FDIV, UREM, SREM,
  48                             FREM, SHL, LSHR, ASHR, AND, OR, XOR, ICMPEQ,
  49                             ICMPNE, ICMPUGT, ICMPUGE, ICMPULT, ICMPULE,
  50                             ICMPSGT, ICMPSGE, ICMPSLT, ICMPSLE, FCMPOEQ,
  51                             FCMPOGT, FCMPOGE, FCMPOLT, FCMPOLE, FCMPONE,
  52                             FCMPORD, FCMPUNO, FCMPUEQ, FCMPUGT, FCMPUGE,
  53                             FCMPULT, FCMPULE, FCMPUNE, EXTRACT, INSERT,
  54                             SHUFFLE, SELECT, TRUNC, ZEXT, SEXT, FPTOUI,
  55                             FPTOSI, UITOFP, SITOFP, FPTRUNC, FPEXT,
  56                             PTRTOINT, INTTOPTR, BITCAST, GEP, CALL, EMPTY,
  57                             TOMBSTONE };
  58
  59     ExpressionOpcode opcode;
  60     const Type* type;
  61     uint32_t firstVN;
  62     uint32_t secondVN;
  63     uint32_t thirdVN;
  64     SmallVector<uint32_t, 4> varargs;
  65     Value* function;
  66
  67     Expression() { }
  68     Expression(ExpressionOpcode o) : opcode(o) { }
  69
  70     bool operator==(const Expression &other) const {
  71       if (opcode != other.opcode)
  72         return false;
  73       else if (opcode == EMPTY || opcode == TOMBSTONE)
  74         return true;
  75       else if (type != other.type)
  76         return false;
  77       else if (function != other.function)
  78         return false;
  79       else if (firstVN != other.firstVN)
  80         return false;
  81       else if (secondVN != other.secondVN)
  82         return false;
  83       else if (thirdVN != other.thirdVN)
  84         return false;
  85       else {
  86         if (varargs.size() != other.varargs.size())
  87           return false;
  88
  89         for (size_t i = 0; i < varargs.size(); ++i)
  90           if (varargs[i] != other.varargs[i])
  91             return false;
  92
  93         return true;
  94       }
  95     }
  96
  97     bool operator!=(const Expression &other) const {
  98       if (opcode != other.opcode)
  99         return true;
 100       else if (opcode == EMPTY || opcode == TOMBSTONE)
 101         return false;
 102       else if (type != other.type)
 103         return true;
 104       else if (function != other.function)
 105         return true;
 106       else if (firstVN != other.firstVN)
 107         return true;
 108       else if (secondVN != other.secondVN)
 109         return true;
 110       else if (thirdVN != other.thirdVN)
 111         return true;
 112       else {
 113         if (varargs.size() != other.varargs.size())
 114           return true;
 115
 116         for (size_t i = 0; i < varargs.size(); ++i)
 117           if (varargs[i] != other.varargs[i])
 118             return true;
 119
 120           return false;
 121       }
 122     }
 123   };
 124
 125   class VISIBILITY_HIDDEN ValueTable {
 126     private:
 127       DenseMap<Value*, uint32_t> valueNumbering;
 128       DenseMap<Expression, uint32_t> expressionNumbering;
 129       AliasAnalysis* AA;
 130
 131       uint32_t nextValueNumber;
 132
 133       Expression::ExpressionOpcode getOpcode(BinaryOperator* BO);
 134       Expression::ExpressionOpcode getOpcode(CmpInst* C);
 135       Expression::ExpressionOpcode getOpcode(CastInst* C);
 136       Expression create_expression(BinaryOperator* BO);
 137       Expression create_expression(CmpInst* C);
 138       Expression create_expression(ShuffleVectorInst* V);
 139       Expression create_expression(ExtractElementInst* C);
 140       Expression create_expression(InsertElementInst* V);
 141       Expression create_expression(SelectInst* V);
 142       Expression create_expression(CastInst* C);
 143       Expression create_expression(GetElementPtrInst* G);
 144       Expression create_expression(CallInst* C);
 145     public:
 146       ValueTable() : nextValueNumber(1) { }
 147       uint32_t lookup_or_add(Value* V);
 148       uint32_t lookup(Value* V) const;
 149       void add(Value* V, uint32_t num);
 150       void clear();
 151       void erase(Value* v);
 152       unsigned size();
 153       void setAliasAnalysis(AliasAnalysis* A) { AA = A; }
 154       uint32_t hash_operand(Value* v);
 155   };
 156 }
 157
 158 namespace llvm {
 159 template <> struct DenseMapInfo<Expression> {
 160   static inline Expression getEmptyKey() {
 161     return Expression(Expression::EMPTY);
 162   }
 163
 164   static inline Expression getTombstoneKey() {
 165     return Expression(Expression::TOMBSTONE);
 166   }
 167
 168   static unsigned getHashValue(const Expression e) {
 169     unsigned hash = e.opcode;
 170
 171     hash = e.firstVN + hash * 37;
 172     hash = e.secondVN + hash * 37;
 173     hash = e.thirdVN + hash * 37;
 174
 175     hash = (unsigned)((uintptr_t)e.type >> 4) ^
 176             (unsigned)((uintptr_t)e.type >> 9) +
 177             hash * 37;
 178
 179     for (SmallVector<uint32_t, 4>::const_iterator I = e.varargs.begin(),
 180          E = e.varargs.end(); I != E; ++I)
 181       hash = *I + hash * 37;
 182
 183     hash = (unsigned)((uintptr_t)e.function >> 4) ^
 184             (unsigned)((uintptr_t)e.function >> 9) +
 185             hash * 37;
 186
 187     return hash;
 188   }
 189   static bool isEqual(const Expression &LHS, const Expression &RHS) {
 190     return LHS == RHS;
 191   }
 192   static bool isPod() { return true; }
 193 };
 194 }
 195
 196 //===----------------------------------------------------------------------===//
 197 //                     ValueTable Internal Functions
 198 //===----------------------------------------------------------------------===//
 199 Expression::ExpressionOpcode
 200                              ValueTable::getOpcode(BinaryOperator* BO) {
 201   switch(BO->getOpcode()) {
 202     case Instruction::Add:
 203       return Expression::ADD;
 204     case Instruction::Sub:
 205       return Expression::SUB;
 206     case Instruction::Mul:
 207       return Expression::MUL;
 208     case Instruction::UDiv:
 209       return Expression::UDIV;
 210     case Instruction::SDiv:
 211       return Expression::SDIV;
 212     case Instruction::FDiv:
 213       return Expression::FDIV;
 214     case Instruction::URem:
 215       return Expression::UREM;
 216     case Instruction::SRem:
 217       return Expression::SREM;
 218     case Instruction::FRem:
 219       return Expression::FREM;
 220     case Instruction::Shl:
 221       return Expression::SHL;
 222     case Instruction::LShr:
 223       return Expression::LSHR;
 224     case Instruction::AShr:
 225       return Expression::ASHR;
 226     case Instruction::And:
 227       return Expression::AND;
 228     case Instruction::Or:
 229       return Expression::OR;
 230     case Instruction::Xor:
 231       return Expression::XOR;
 232
 233     // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 234     default:
 235       assert(0 && "Binary operator with unknown opcode?");
 236       return Expression::ADD;
 237   }
 238 }
 239
 240 Expression::ExpressionOpcode ValueTable::getOpcode(CmpInst* C) {
 241   if (C->getOpcode() == Instruction::ICmp) {
 242     switch (C->getPredicate()) {
 243       case ICmpInst::ICMP_EQ:
 244         return Expression::ICMPEQ;
 245       case ICmpInst::ICMP_NE:
 246         return Expression::ICMPNE;
 247       case ICmpInst::ICMP_UGT:
 248         return Expression::ICMPUGT;
 249       case ICmpInst::ICMP_UGE:
 250         return Expression::ICMPUGE;
 251       case ICmpInst::ICMP_ULT:
 252         return Expression::ICMPULT;
 253       case ICmpInst::ICMP_ULE:
 254         return Expression::ICMPULE;
 255       case ICmpInst::ICMP_SGT:
 256         return Expression::ICMPSGT;
 257       case ICmpInst::ICMP_SGE:
 258         return Expression::ICMPSGE;
 259       case ICmpInst::ICMP_SLT:
 260         return Expression::ICMPSLT;
 261       case ICmpInst::ICMP_SLE:
 262         return Expression::ICMPSLE;
 263
 264       // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 265       default:
 266         assert(0 && "Comparison with unknown predicate?");
 267         return Expression::ICMPEQ;
 268     }
 269   } else {
 270     switch (C->getPredicate()) {
 271       case FCmpInst::FCMP_OEQ:
 272         return Expression::FCMPOEQ;
 273       case FCmpInst::FCMP_OGT:
 274         return Expression::FCMPOGT;
 275       case FCmpInst::FCMP_OGE:
 276         return Expression::FCMPOGE;
 277       case FCmpInst::FCMP_OLT:
 278         return Expression::FCMPOLT;
 279       case FCmpInst::FCMP_OLE:
 280         return Expression::FCMPOLE;
 281       case FCmpInst::FCMP_ONE:
 282         return Expression::FCMPONE;
 283       case FCmpInst::FCMP_ORD:
 284         return Expression::FCMPORD;
 285       case FCmpInst::FCMP_UNO:
 286         return Expression::FCMPUNO;
 287       case FCmpInst::FCMP_UEQ:
 288         return Expression::FCMPUEQ;
 289       case FCmpInst::FCMP_UGT:
 290         return Expression::FCMPUGT;
 291       case FCmpInst::FCMP_UGE:
 292         return Expression::FCMPUGE;
 293       case FCmpInst::FCMP_ULT:
 294         return Expression::FCMPULT;
 295       case FCmpInst::FCMP_ULE:
 296         return Expression::FCMPULE;
 297       case FCmpInst::FCMP_UNE:
 298         return Expression::FCMPUNE;
 299
 300       // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 301       default:
 302         assert(0 && "Comparison with unknown predicate?");
 303         return Expression::FCMPOEQ;
 304     }
 305   }
 306 }
 307
 308 Expression::ExpressionOpcode
 309                              ValueTable::getOpcode(CastInst* C) {
 310   switch(C->getOpcode()) {
 311     case Instruction::Trunc:
 312       return Expression::TRUNC;
 313     case Instruction::ZExt:
 314       return Expression::ZEXT;
 315     case Instruction::SExt:
 316       return Expression::SEXT;
 317     case Instruction::FPToUI:
 318       return Expression::FPTOUI;
 319     case Instruction::FPToSI:
 320       return Expression::FPTOSI;
 321     case Instruction::UIToFP:
 322       return Expression::UITOFP;
 323     case Instruction::SIToFP:
 324       return Expression::SITOFP;
 325     case Instruction::FPTrunc:
 326       return Expression::FPTRUNC;
 327     case Instruction::FPExt:
 328       return Expression::FPEXT;
 329     case Instruction::PtrToInt:
 330       return Expression::PTRTOINT;
 331     case Instruction::IntToPtr:
 332       return Expression::INTTOPTR;
 333     case Instruction::BitCast:
 334       return Expression::BITCAST;
 335
 336     // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 337     default:
 338       assert(0 && "Cast operator with unknown opcode?");
 339       return Expression::BITCAST;
 340   }
 341 }
 342
 343 uint32_t ValueTable::hash_operand(Value* v) {
 344   if (CallInst* CI = dyn_cast<CallInst>(v))
 345     if (!AA->doesNotAccessMemory(CI))
 346       return nextValueNumber++;
 347
 348   return lookup_or_add(v);
 349 }
 350
 351 Expression ValueTable::create_expression(CallInst* C) {
 352   Expression e;
 353
 354   e.type = C->getType();
 355   e.firstVN = 0;
 356   e.secondVN = 0;
 357   e.thirdVN = 0;
 358   e.function = C->getCalledFunction();
 359   e.opcode = Expression::CALL;
 360
 361   for (CallInst::op_iterator I = C->op_begin()+1, E = C->op_end();
 362        I != E; ++I)
 363     e.varargs.push_back(hash_operand(*I));
 364
 365   return e;
 366 }
 367
 368 Expression ValueTable::create_expression(BinaryOperator* BO) {
 369   Expression e;
 370
 371   e.firstVN = hash_operand(BO->getOperand(0));
 372   e.secondVN = hash_operand(BO->getOperand(1));
 373   e.thirdVN = 0;
 374   e.function = 0;
 375   e.type = BO->getType();
 376   e.opcode = getOpcode(BO);
 377
 378   return e;
 379 }
 380
 381 Expression ValueTable::create_expression(CmpInst* C) {
 382   Expression e;
 383
 384   e.firstVN = hash_operand(C->getOperand(0));
 385   e.secondVN = hash_operand(C->getOperand(1));
 386   e.thirdVN = 0;
 387   e.function = 0;
 388   e.type = C->getType();
 389   e.opcode = getOpcode(C);
 390
 391   return e;
 392 }
 393
 394 Expression ValueTable::create_expression(CastInst* C) {
 395   Expression e;
 396
 397   e.firstVN = hash_operand(C->getOperand(0));
 398   e.secondVN = 0;
 399   e.thirdVN = 0;
 400   e.function = 0;
 401   e.type = C->getType();
 402   e.opcode = getOpcode(C);
 403
 404   return e;
 405 }
 406
 407 Expression ValueTable::create_expression(ShuffleVectorInst* S) {
 408   Expression e;
 409
 410   e.firstVN = hash_operand(S->getOperand(0));
 411   e.secondVN = hash_operand(S->getOperand(1));
 412   e.thirdVN = hash_operand(S->getOperand(2));
 413   e.function = 0;
 414   e.type = S->getType();
 415   e.opcode = Expression::SHUFFLE;
 416
 417   return e;
 418 }
 419
 420 Expression ValueTable::create_expression(ExtractElementInst* E) {
 421   Expression e;
 422
 423   e.firstVN = hash_operand(E->getOperand(0));
 424   e.secondVN = hash_operand(E->getOperand(1));
 425   e.thirdVN = 0;
 426   e.function = 0;
 427   e.type = E->getType();
 428   e.opcode = Expression::EXTRACT;
 429
 430   return e;
 431 }
 432
 433 Expression ValueTable::create_expression(InsertElementInst* I) {
 434   Expression e;
 435
 436   e.firstVN = hash_operand(I->getOperand(0));
 437   e.secondVN = hash_operand(I->getOperand(1));
 438   e.thirdVN = hash_operand(I->getOperand(2));
 439   e.function = 0;
 440   e.type = I->getType();
 441   e.opcode = Expression::INSERT;
 442
 443   return e;
 444 }
 445
 446 Expression ValueTable::create_expression(SelectInst* I) {
 447   Expression e;
 448
 449   e.firstVN = hash_operand(I->getCondition());
 450   e.secondVN = hash_operand(I->getTrueValue());
 451   e.thirdVN = hash_operand(I->getFalseValue());
 452   e.function = 0;
 453   e.type = I->getType();
 454   e.opcode = Expression::SELECT;
 455
 456   return e;
 457 }
 458
 459 Expression ValueTable::create_expression(GetElementPtrInst* G) {
 460   Expression e;
 461
 462   e.firstVN = hash_operand(G->getPointerOperand());
 463   e.secondVN = 0;
 464   e.thirdVN = 0;
 465   e.function = 0;
 466   e.type = G->getType();
 467   e.opcode = Expression::GEP;
 468
 469   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = G->idx_begin(), E = G->idx_end();
 470        I != E; ++I)
 471     e.varargs.push_back(hash_operand(*I));
 472
 473   return e;
 474 }
 475
 476 //===----------------------------------------------------------------------===//
 477 //                     ValueTable External Functions
 478 //===----------------------------------------------------------------------===//
 479
 480 /// lookup_or_add - Returns the value number for the specified value, assigning
 481 /// it a new number if it did not have one before.
 482 uint32_t ValueTable::lookup_or_add(Value* V) {
 483   DenseMap<Value*, uint32_t>::iterator VI = valueNumbering.find(V);
 484   if (VI != valueNumbering.end())
 485     return VI->second;
 486
 487   if (CallInst* C = dyn_cast<CallInst>(V)) {
 488     if (AA->onlyReadsMemory(C)) { // includes doesNotAccessMemory
 489       Expression e = create_expression(C);
 490
 491       DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 492       if (EI != expressionNumbering.end()) {
 493         valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 494         return EI->second;
 495       } else {
 496         expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 497         valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 498
 499         return nextValueNumber++;
 500       }
 501     } else {
 502       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 503       return nextValueNumber++;
 504     }
 505   } else if (BinaryOperator* BO = dyn_cast<BinaryOperator>(V)) {
 506     Expression e = create_expression(BO);
 507
 508     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 509     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 510       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 511       return EI->second;
 512     } else {
 513       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 514       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 515
 516       return nextValueNumber++;
 517     }
 518   } else if (CmpInst* C = dyn_cast<CmpInst>(V)) {
 519     Expression e = create_expression(C);
 520
 521     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 522     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 523       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 524       return EI->second;
 525     } else {
 526       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 527       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 528
 529       return nextValueNumber++;
 530     }
 531   } else if (ShuffleVectorInst* U = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(V)) {
 532     Expression e = create_expression(U);
 533
 534     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 535     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 536       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 537       return EI->second;
 538     } else {
 539       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 540       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 541
 542       return nextValueNumber++;
 543     }
 544   } else if (ExtractElementInst* U = dyn_cast<ExtractElementInst>(V)) {
 545     Expression e = create_expression(U);
 546
 547     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 548     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 549       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 550       return EI->second;
 551     } else {
 552       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 553       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 554
 555       return nextValueNumber++;
 556     }
 557   } else if (InsertElementInst* U = dyn_cast<InsertElementInst>(V)) {
 558     Expression e = create_expression(U);
 559
 560     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 561     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 562       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 563       return EI->second;
 564     } else {
 565       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 566       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 567
 568       return nextValueNumber++;
 569     }
 570   } else if (SelectInst* U = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
 571     Expression e = create_expression(U);
 572
 573     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 574     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 575       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 576       return EI->second;
 577     } else {
 578       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 579       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 580
 581       return nextValueNumber++;
 582     }
 583   } else if (CastInst* U = dyn_cast<CastInst>(V)) {
 584     Expression e = create_expression(U);
 585
 586     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 587     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 588       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 589       return EI->second;
 590     } else {
 591       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 592       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 593
 594       return nextValueNumber++;
 595     }
 596   } else if (GetElementPtrInst* U = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
 597     Expression e = create_expression(U);
 598
 599     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 600     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 601       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 602       return EI->second;
 603     } else {
 604       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 605       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 606
 607       return nextValueNumber++;
 608     }
 609   } else {
 610     valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 611     return nextValueNumber++;
 612   }
 613 }
 614
 615 /// lookup - Returns the value number of the specified value. Fails if
 616 /// the value has not yet been numbered.
 617 uint32_t ValueTable::lookup(Value* V) const {
 618   DenseMap<Value*, uint32_t>::iterator VI = valueNumbering.find(V);
 619   if (VI != valueNumbering.end())
 620     return VI->second;
 621   else
 622     assert(0 && "Value not numbered?");
 623
 624   return 0;
 625 }
 626
 627 /// clear - Remove all entries from the ValueTable
 628 void ValueTable::clear() {
 629   valueNumbering.clear();
 630   expressionNumbering.clear();
 631   nextValueNumber = 1;
 632 }
 633
 634 /// erase - Remove a value from the value numbering
 635 void ValueTable::erase(Value* V) {
 636   valueNumbering.erase(V);
 637 }
 638
 639 //===----------------------------------------------------------------------===//
 640 //                       ValueNumberedSet Class
 641 //===----------------------------------------------------------------------===//
 642 namespace {
 643 class ValueNumberedSet {
 644   private:
 645     SmallPtrSet<Value*, 8> contents;
 646     BitVector numbers;
 647   public:
 648     ValueNumberedSet() { numbers.resize(1); }
 649     ValueNumberedSet(const ValueNumberedSet& other) {
 650       numbers = other.numbers;
 651       contents = other.contents;
 652     }
 653
 654     typedef SmallPtrSet<Value*, 8>::iterator iterator;
 655
 656     iterator begin() { return contents.begin(); }
 657     iterator end() { return contents.end(); }
 658
 659     bool insert(Value* v) { return contents.insert(v); }
 660     void insert(iterator I, iterator E) { contents.insert(I, E); }
 661     void erase(Value* v) { contents.erase(v); }
 662     unsigned count(Value* v) { return contents.count(v); }
 663     size_t size() { return contents.size(); }
 664
 665     void set(unsigned i)  {
 666       if (i >= numbers.size())
 667         numbers.resize(i+1);
 668
 669       numbers.set(i);
 670     }
 671
 672     void operator=(const ValueNumberedSet& other) {
 673       contents = other.contents;
 674       numbers = other.numbers;
 675     }
 676
 677     void reset(unsigned i)  {
 678       if (i < numbers.size())
 679         numbers.reset(i);
 680     }
 681
 682     bool test(unsigned i)  {
 683       if (i >= numbers.size())
 684         return false;
 685
 686       return numbers.test(i);
 687     }
 688
 689     void clear() {
 690       contents.clear();
 691       numbers.clear();
 692     }
 693 };
 694 }
 695
 696 //===----------------------------------------------------------------------===//
 697 //                         GVN Pass
 698 //===----------------------------------------------------------------------===//
 699
 700 namespace {
 701
 702   class VISIBILITY_HIDDEN GVN : public FunctionPass {
 703     bool runOnFunction(Function &F);
 704   public:
 705     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
 706     GVN() : FunctionPass((intptr_t)&ID) { }
 707
 708   private:
 709     ValueTable VN;
 710
 711     DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberedSet> availableOut;
 712
 713     typedef DenseMap<Value*, SmallPtrSet<Instruction*, 4> > PhiMapType;
 714     PhiMapType phiMap;
 715
 716
 717     // This transformation requires dominator postdominator info
 718     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 719       AU.setPreservesCFG();
 720       AU.addRequired<DominatorTree>();
 721       AU.addRequired<MemoryDependenceAnalysis>();
 722       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
 723       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
 724       AU.addPreserved<MemoryDependenceAnalysis>();
 725     }
 726
 727     // Helper fuctions
 728     // FIXME: eliminate or document these better
 729     Value* find_leader(ValueNumberedSet& vals, uint32_t v) ;
 730     void val_insert(ValueNumberedSet& s, Value* v);
 731     bool processLoad(LoadInst* L,
 732                      DenseMap<Value*, LoadInst*>& lastLoad,
 733                      SmallVector<Instruction*, 4>& toErase);
 734     bool processInstruction(Instruction* I,
 735                             ValueNumberedSet& currAvail,
 736                             DenseMap<Value*, LoadInst*>& lastSeenLoad,
 737                             SmallVector<Instruction*, 4>& toErase);
 738     bool processNonLocalLoad(LoadInst* L,
 739                              SmallVector<Instruction*, 4>& toErase);
 740     bool processMemCpy(MemCpyInst* M, SmallVector<Instruction*, 4>& toErase);
 741     Value *GetValueForBlock(BasicBlock *BB, LoadInst* orig,
 742                             DenseMap<BasicBlock*, Value*> &Phis,
 743                             bool top_level = false);
 744     void dump(DenseMap<BasicBlock*, Value*>& d);
 745     bool iterateOnFunction(Function &F);
 746     Value* CollapsePhi(PHINode* p);
 747     bool isSafeReplacement(PHINode* p, Instruction* inst);
 748   };
 749
 750   char GVN::ID = 0;
 751
 752 }
 753
 754 // createGVNPass - The public interface to this file...
 755 FunctionPass *llvm::createGVNPass() { return new GVN(); }
 756
 757 static RegisterPass<GVN> X("gvn",
 758                            "Global Value Numbering");
 759
 760 STATISTIC(NumGVNInstr, "Number of instructions deleted");
 761 STATISTIC(NumGVNLoad, "Number of loads deleted");
 762
 763 /// find_leader - Given a set and a value number, return the first
 764 /// element of the set with that value number, or 0 if no such element
 765 /// is present
 766 Value* GVN::find_leader(ValueNumberedSet& vals, uint32_t v) {
 767   if (!vals.test(v))
 768     return 0;
 769
 770   for (ValueNumberedSet::iterator I = vals.begin(), E = vals.end();
 771        I != E; ++I)
 772     if (v == VN.lookup(*I))
 773       return *I;
 774
 775   assert(0 && "No leader found, but present bit is set?");
 776   return 0;
 777 }
 778
 779 /// val_insert - Insert a value into a set only if there is not a value
 780 /// with the same value number already in the set
 781 void GVN::val_insert(ValueNumberedSet& s, Value* v) {
 782   uint32_t num = VN.lookup(v);
 783   if (!s.test(num))
 784     s.insert(v);
 785 }
 786
 787 void GVN::dump(DenseMap<BasicBlock*, Value*>& d) {
 788   printf("{\n");
 789   for (DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator I = d.begin(),
 790        E = d.end(); I != E; ++I) {
 791     if (I->second == MemoryDependenceAnalysis::None)
 792       printf("None\n");
 793     else
 794       I->second->dump();
 795   }
 796   printf("}\n");
 797 }
 798
 799 Value* GVN::CollapsePhi(PHINode* p) {
 800   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
 801   Value* constVal = p->hasConstantValue();
 802
 803   if (constVal) {
 804     if (Instruction* inst = dyn_cast<Instruction>(constVal)) {
 805       if (DT.dominates(inst, p))
 806         if (isSafeReplacement(p, inst))
 807           return inst;
 808     } else {
 809       return constVal;
 810     }
 811   }
 812
 813   return 0;
 814 }
 815
 816 bool GVN::isSafeReplacement(PHINode* p, Instruction* inst) {
 817   if (!isa<PHINode>(inst))
 818     return true;
 819
 820   for (Instruction::use_iterator UI = p->use_begin(), E = p->use_end();
 821        UI != E; ++UI)
 822     if (PHINode* use_phi = dyn_cast<PHINode>(UI))
 823       if (use_phi->getParent() == inst->getParent())
 824         return false;
 825
 826   return true;
 827 }
 828
 829 /// GetValueForBlock - Get the value to use within the specified basic block.
 830 /// available values are in Phis.
 831 Value *GVN::GetValueForBlock(BasicBlock *BB, LoadInst* orig,
 832                                DenseMap<BasicBlock*, Value*> &Phis,
 833                                bool top_level) {
 834
 835   // If we have already computed this value, return the previously computed val.
 836   DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator V = Phis.find(BB);
 837   if (V != Phis.end() && !top_level) return V->second;
 838
 839   BasicBlock* singlePred = BB->getSinglePredecessor();
 840   if (singlePred) {
 841     Value *ret = GetValueForBlock(singlePred, orig, Phis);
 842     Phis[BB] = ret;
 843     return ret;
 844   }
 845   // Otherwise, the idom is the loop, so we need to insert a PHI node.  Do so
 846   // now, then get values to fill in the incoming values for the PHI.
 847   PHINode *PN = new PHINode(orig->getType(), orig->getName()+".rle",
 848                             BB->begin());
 849   PN->reserveOperandSpace(std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB)));
 850
 851   if (Phis.count(BB) == 0)
 852     Phis.insert(std::make_pair(BB, PN));
 853
 854   // Fill in the incoming values for the block.
 855   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
 856     Value* val = GetValueForBlock(*PI, orig, Phis);
 857
 858     PN->addIncoming(val, *PI);
 859   }
 860   AliasAnalysis& AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
 861   AA.copyValue(orig, PN);
 862
 863   // Attempt to collapse PHI nodes that are trivially redundant
 864   Value* v = CollapsePhi(PN);
 865   if (v) {
 866     MemoryDependenceAnalysis& MD = getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
 867
 868     MD.removeInstruction(PN);
 869     PN->replaceAllUsesWith(v);
 870
 871     for (DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator I = Phis.begin(),
 872          E = Phis.end(); I != E; ++I)
 873       if (I->second == PN)
 874         I->second = v;
 875
 876     PN->eraseFromParent();
 877
 878     Phis[BB] = v;
 879
 880     return v;
 881   }
 882
 883   // Cache our phi construction results
 884   phiMap[orig->getPointerOperand()].insert(PN);
 885   return PN;
 886 }
 887
 888 /// processNonLocalLoad - Attempt to eliminate a load whose dependencies are
 889 /// non-local by performing PHI construction.
 890 bool GVN::processNonLocalLoad(LoadInst* L,
 891                               SmallVector<Instruction*, 4>& toErase) {
 892   MemoryDependenceAnalysis& MD = getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
 893
 894   // Find the non-local dependencies of the load
 895   DenseMap<BasicBlock*, Value*> deps;
 896   MD.getNonLocalDependency(L, deps);
 897
 898   DenseMap<BasicBlock*, Value*> repl;
 899
 900   // Filter out useless results (non-locals, etc)
 901   for (DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator I = deps.begin(), E = deps.end();
 902        I != E; ++I)
 903     if (I->second == MemoryDependenceAnalysis::None) {
 904       return false;
 905     } else if (I->second == MemoryDependenceAnalysis::NonLocal) {
 906       continue;
 907     } else if (StoreInst* S = dyn_cast<StoreInst>(I->second)) {
 908       if (S->getPointerOperand() == L->getPointerOperand())
 909         repl[I->first] = S->getOperand(0);
 910       else
 911         return false;
 912     } else if (LoadInst* LD = dyn_cast<LoadInst>(I->second)) {
 913       if (LD->getPointerOperand() == L->getPointerOperand())
 914         repl[I->first] = LD;
 915       else
 916         return false;
 917     } else {
 918       return false;
 919     }
 920
 921   // Use cached PHI construction information from previous runs
 922   SmallPtrSet<Instruction*, 4>& p = phiMap[L->getPointerOperand()];
 923   for (SmallPtrSet<Instruction*, 4>::iterator I = p.begin(), E = p.end();
 924        I != E; ++I) {
 925     if ((*I)->getParent() == L->getParent()) {
 926       MD.removeInstruction(L);
 927       L->replaceAllUsesWith(*I);
 928       toErase.push_back(L);
 929       NumGVNLoad++;
 930
 931       return true;
 932     } else {
 933       repl.insert(std::make_pair((*I)->getParent(), *I));
 934     }
 935   }
 936
 937   // Perform PHI construction
 938   SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> visited;
 939   Value* v = GetValueForBlock(L->getParent(), L, repl, true);
 940
 941   MD.removeInstruction(L);
 942   L->replaceAllUsesWith(v);
 943   toErase.push_back(L);
 944   NumGVNLoad++;
 945
 946   return true;
 947 }
 948
 949 /// processLoad - Attempt to eliminate a load, first by eliminating it
 950 /// locally, and then attempting non-local elimination if that fails.
 951 bool GVN::processLoad(LoadInst* L,
 952                          DenseMap<Value*, LoadInst*>& lastLoad,
 953                          SmallVector<Instruction*, 4>& toErase) {
 954   if (L->isVolatile()) {
 955     lastLoad[L->getPointerOperand()] = L;
 956     return false;
 957   }
 958
 959   Value* pointer = L->getPointerOperand();
 960   LoadInst*& last = lastLoad[pointer];
 961
 962   // ... to a pointer that has been loaded from before...
 963   MemoryDependenceAnalysis& MD = getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
 964   bool removedNonLocal = false;
 965   Instruction* dep = MD.getDependency(L);
 966   if (dep == MemoryDependenceAnalysis::NonLocal &&
 967       L->getParent() != &L->getParent()->getParent()->getEntryBlock()) {
 968     removedNonLocal = processNonLocalLoad(L, toErase);
 969
 970     if (!removedNonLocal)
 971       last = L;
 972
 973     return removedNonLocal;
 974   }
 975
 976
 977   bool deletedLoad = false;
 978
 979   // Walk up the dependency chain until we either find
 980   // a dependency we can use, or we can't walk any further
 981   while (dep != MemoryDependenceAnalysis::None &&
 982          dep != MemoryDependenceAnalysis::NonLocal &&
 983          (isa<LoadInst>(dep) || isa<StoreInst>(dep))) {
 984     // ... that depends on a store ...
 985     if (StoreInst* S = dyn_cast<StoreInst>(dep)) {
 986       if (S->getPointerOperand() == pointer) {
 987         // Remove it!
 988         MD.removeInstruction(L);
 989
 990         L->replaceAllUsesWith(S->getOperand(0));
 991         toErase.push_back(L);
 992         deletedLoad = true;
 993         NumGVNLoad++;
 994       }
 995
 996       // Whether we removed it or not, we can't
 997       // go any further
 998       break;
 999     } else if (!last) {
1000       // If we don't depend on a store, and we haven't
1001       // been loaded before, bail.
1002       break;
1003     } else if (dep == last) {
1004       // Remove it!
1005       MD.removeInstruction(L);
1006
1007       L->replaceAllUsesWith(last);
1008       toErase.push_back(L);
1009       deletedLoad = true;
1010       NumGVNLoad++;
1011
1012       break;
1013     } else {
1014       dep = MD.getDependency(L, dep);
1015     }
1016   }
1017
1018   if (dep != MemoryDependenceAnalysis::None &&
1019       dep != MemoryDependenceAnalysis::NonLocal &&
1020       isa<AllocationInst>(dep)) {
1021     // Check that this load is actually from the
1022     // allocation we found
1023     Value* v = L->getOperand(0);
1024     while (true) {
1025       if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(v))
1026         v = BC->getOperand(0);
1027       else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(v))
1028         v = GEP->getOperand(0);
1029       else
1030         break;
1031     }
1032     if (v == dep) {
1033       // If this load depends directly on an allocation, there isn't
1034       // anything stored there; therefore, we can optimize this load
1035       // to undef.
1036       MD.removeInstruction(L);
1037
1038       L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1039       toErase.push_back(L);
1040       deletedLoad = true;
1041       NumGVNLoad++;
1042     }
1043   }
1044
1045   if (!deletedLoad)
1046     last = L;
1047
1048   return deletedLoad;
1049 }
1050
1051 /// processMemCpy - perform simplication of memcpy's.  If we have memcpy A which
1052 /// copies X to Y, and memcpy B which copies Y to Z, then we can rewrite B to be
1053 /// a memcpy from X to Z (or potentially a memmove, depending on circumstances).
1054 ///  This allows later passes to remove the first memcpy altogether.
1055 bool GVN::processMemCpy(MemCpyInst* M,
1056                         SmallVector<Instruction*, 4>& toErase) {
1057   MemoryDependenceAnalysis& MD = getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
1058
1059   // First, we have to check that the dependency is another memcpy
1060   Instruction* dep = MD.getDependency(M);
1061   if  (dep == MemoryDependenceAnalysis::None ||
1062        dep == MemoryDependenceAnalysis::NonLocal ||
1063        !isa<MemCpyInst>(dep))
1064     return false;
1065
1066   // We can only transforms memcpy's where the dest of one is the source of the
1067   // other
1068   MemCpyInst* MDep = cast<MemCpyInst>(dep);
1069   if (M->getSource() != MDep->getDest())
1070     return false;
1071
1072   // Second, the length of the memcpy's must be the same, or the preceeding one
1073   // must be larger than the following one.
1074   ConstantInt* C1 = dyn_cast<ConstantInt>(MDep->getLength());
1075   ConstantInt* C2 = dyn_cast<ConstantInt>(M->getLength());
1076   if (!C1 || !C2)
1077     return false;
1078
1079   uint64_t CpySize = C1->getValue().getZExtValue();
1080   uint64_t DepSize = C2->getValue().getZExtValue();
1081
1082   if (DepSize < CpySize)
1083     return false;
1084
1085   // Finally, we have to make sure that the dest of the second does not
1086   // alias the source of the first
1087   AliasAnalysis& AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
1088   if (AA.alias(M->getRawDest(), CpySize, MDep->getRawSource(), DepSize) !=
1089       AliasAnalysis::NoAlias)
1090     return false;
1091   else if (AA.alias(M->getRawDest(), CpySize, M->getRawSource(), CpySize) !=
1092            AliasAnalysis::NoAlias)
1093     return false;
1094   else if (AA.alias(MDep->getRawDest(), DepSize, MDep->getRawSource(), DepSize)
1095            != AliasAnalysis::NoAlias)
1096     return false;
1097
1098   // If all checks passed, then we can transform these memcpy's
1099   bool is32bit = M->getIntrinsicID() == Intrinsic::memcpy_i32;
1100   Function* MemMoveFun = Intrinsic::getDeclaration(
1101                                  M->getParent()->getParent()->getParent(),
1102                                  is32bit ? Intrinsic::memcpy_i32 :
1103                                            Intrinsic::memcpy_i64);
1104
1105   std::vector<Value*> args;
1106   args.push_back(M->getRawDest());
1107   args.push_back(MDep->getRawSource());
1108   args.push_back(M->getLength());
1109   args.push_back(M->getAlignment());
1110
1111   CallInst* C = new CallInst(MemMoveFun, args.begin(), args.end(), "", M);
1112
1113   if (MD.getDependency(C) == MDep) {
1114     MD.dropInstruction(M);
1115     toErase.push_back(M);
1116     return true;
1117   } else {
1118     MD.removeInstruction(C);
1119     toErase.push_back(C);
1120     return false;
1121   }
1122 }
1123
1124 /// processInstruction - When calculating availability, handle an instruction
1125 /// by inserting it into the appropriate sets
1126 bool GVN::processInstruction(Instruction* I,
1127                                 ValueNumberedSet& currAvail,
1128                                 DenseMap<Value*, LoadInst*>& lastSeenLoad,
1129                                 SmallVector<Instruction*, 4>& toErase) {
1130   if (LoadInst* L = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
1131     return processLoad(L, lastSeenLoad, toErase);
1132   } else if (MemCpyInst* M = dyn_cast<MemCpyInst>(I)) {
1133     return processMemCpy(M, toErase);
1134   }
1135
1136   unsigned num = VN.lookup_or_add(I);
1137
1138   // Collapse PHI nodes
1139   if (PHINode* p = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1140     Value* constVal = CollapsePhi(p);
1141
1142     if (constVal) {
1143       for (PhiMapType::iterator PI = phiMap.begin(), PE = phiMap.end();
1144            PI != PE; ++PI)
1145         if (PI->second.count(p))
1146           PI->second.erase(p);
1147
1148       p->replaceAllUsesWith(constVal);
1149       toErase.push_back(p);
1150     }
1151   // Perform value-number based elimination
1152   } else if (currAvail.test(num)) {
1153     Value* repl = find_leader(currAvail, num);
1154
1155     if (CallInst* CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
1156       AliasAnalysis& AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
1157       if (!AA.doesNotAccessMemory(CI)) {
1158         MemoryDependenceAnalysis& MD = getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
1159         if (cast<Instruction>(repl)->getParent() != CI->getParent() ||
1160             MD.getDependency(CI) != MD.getDependency(cast<CallInst>(repl))) {
1161           // There must be an intervening may-alias store, so nothing from
1162           // this point on will be able to be replaced with the preceding call
1163           currAvail.erase(repl);
1164           currAvail.insert(I);
1165
1166           return false;
1167         }
1168       }
1169     }
1170
1171     // Remove it!
1172     MemoryDependenceAnalysis& MD = getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
1173     MD.removeInstruction(I);
1174
1175     VN.erase(I);
1176     I->replaceAllUsesWith(repl);
1177     toErase.push_back(I);
1178     return true;
1179   } else if (!I->isTerminator()) {
1180     currAvail.set(num);
1181     currAvail.insert(I);
1182   }
1183
1184   return false;
1185 }
1186
1187 // GVN::runOnFunction - This is the main transformation entry point for a
1188 // function.
1189 //
1190 bool GVN::runOnFunction(Function& F) {
1191   VN.setAliasAnalysis(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
1192
1193   bool changed = false;
1194   bool shouldContinue = true;
1195
1196   while (shouldContinue) {
1197     shouldContinue = iterateOnFunction(F);
1198     changed |= shouldContinue;
1199   }
1200
1201   return changed;
1202 }
1203
1204
1205 // GVN::iterateOnFunction - Executes one iteration of GVN
1206 bool GVN::iterateOnFunction(Function &F) {
1207   // Clean out global sets from any previous functions
1208   VN.clear();
1209   availableOut.clear();
1210   phiMap.clear();
1211
1212   bool changed_function = false;
1213
1214   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
1215
1216   SmallVector<Instruction*, 4> toErase;
1217
1218   // Top-down walk of the dominator tree
1219   for (df_iterator<DomTreeNode*> DI = df_begin(DT.getRootNode()),
1220          E = df_end(DT.getRootNode()); DI != E; ++DI) {
1221
1222     // Get the set to update for this block
1223     ValueNumberedSet& currAvail = availableOut[DI->getBlock()];
1224     DenseMap<Value*, LoadInst*> lastSeenLoad;
1225
1226     BasicBlock* BB = DI->getBlock();
1227
1228     // A block inherits AVAIL_OUT from its dominator
1229     if (DI->getIDom() != 0)
1230       currAvail = availableOut[DI->getIDom()->getBlock()];
1231
1232     for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end();
1233          BI != BE; ) {
1234       changed_function |= processInstruction(BI, currAvail,
1235                                              lastSeenLoad, toErase);
1236
1237       NumGVNInstr += toErase.size();
1238
1239       // Avoid iterator invalidation
1240       ++BI;
1241
1242       for (SmallVector<Instruction*, 4>::iterator I = toErase.begin(),
1243            E = toErase.end(); I != E; ++I) {
1244         (*I)->eraseFromParent();
1245       }
1246
1247       toErase.clear();
1248     }
1249   }
1250
1251   return changed_function;
1252 }